激光熔覆裂纹产生原因及抑制方法

加工件在高能激光束的作用下被快速加热，以高达 106 ～107 K/s 的加热速率将基材表面迅速加热到 105K 以上，通过氩气等惰性气体迅速冷却。但由于激光熔覆层与基体的物理性能存在差异，在这种快速加热和快速冷却的条件下就会产生较大的应力。当应力值超过熔覆层的屈服极限时就会产生裂纹。在实际加工中裂纹作为激光熔覆技术的主要缺陷，严重制约了激光熔覆技术的应用。

裂纹产生的原因

熔覆过程中，高能激光束快速加热使熔覆层与基材产生很大的温度梯度。在随后的冷却中，熔覆层与基材的体积不一致，相互牵制，产生应力。

激光熔覆层中共晶组织和熔覆层底部粗大的树枝晶在生长过程中，由于枝晶偏析的存在，造成晶间弱化，裂纹往往也是沿着它们的晶界开裂扩展。

激光熔覆裂纹分类

1、熔覆层裂纹
产生方式：在熔融金属凝固过程中产生
产生区域：在熔覆层表面或内部形成并向基体方向扩展。

2、界面裂纹
产生方式：孔洞，夹杂物等缺陷引发的微裂纹。
产生区域：产生在熔覆层与基体的界面处，并向表层扩展。

3、扫描搭接区裂纹
产生方式：熔融金属不能充分湿润而形成的。
产生区域：在搭接结合部与基材交界处。

激光熔覆裂纹的抑制方法

一、热处理控制
1、对基材进行预热，温度控制在200-400℃，目的是降低基材和熔覆层之间的温度差。
2、熔覆完成后对产品进行缓冷处理或去应力退火。

二、原材料控制
1、基体材料。
基材冶炼和出厂前要求成分和组织均匀，气孔和夹杂等缺陷少。

2、粉末材料
选择韧性较好的熔覆材料。外加合金元素尽量降低B、Si、C的含量。B、Si具有造渣能力，单在熔池中不能及时上浮，夹杂在熔覆层中，增加裂纹敏感性。C能提高材料的硬度和耐磨性，但是比例过高也会使得熔覆层脆性加大。

添加WC，TiN等强化相时需控制好比例，过高的含量容易造成元素分布不均，元素局部富集，应力过大引起开裂。

熔覆前先将粉末进行平铺烘干处理：真空条件下200℃保温2h。

三、熔覆工艺控制

1、调整送粉量，熔覆单层厚度控制在1.0-1.5mm范围内。
2、激光束选择线光斑，使单道熔覆层的宽度尽量宽。
3、微调激光功率，扫描速度，光斑直径，控制粉末最佳融化效果。
4、在保护气氛下进行激光熔覆。

来源：激光熔覆久恒光电